一种X光时间分辨记录系统能谱响应标定方法与流程

本发明属于高能量密度物理x光诊断，具体涉及一种x光时间分辨记录系统能谱响应标定方法。

背景技术：

1、惯性约束聚变、高能量密度物理和实验室天体物理等领域的实验研究中，为了准确测量相关物理状态及其演化发展，需要ps或10ps级时间分辨的超快x光信号记录系统，目前主要是依赖x光分幅相机与条纹相机实现。由于分幅相机与条纹相机在动态工作模式下均涉及复杂光电转换、传输与放大过程，其响应特性对增益电压具有高度敏感性，难以进行线下整机能谱响应标定。目前的标定工作仅限于对阴极材料的光电转换效率标定，而电信号放大、电光转换等过程的标定还基本上处于空白状态，这对相关光谱学诊断的精密化产生很大制约。

2、特别是，与x光谱学相关的等离子体参量诊断要求必须实现对x光能谱/光谱的半定量、定量测量和记录，目前的主要测量设备为各类晶体谱仪。传统晶体谱仪的x光记录设备为胶片、ip板、ccd相机等，虽然这些记录设备可采用线下x光光源进行能谱响应标定，但又缺少超快时间分辨功能。为实现时间分辨测量，还需采用涉及复杂光电过程的x光条纹相机、分幅相机等记录设备，实现对这类记录设备的能谱响应标定是实现等离子体温度、密度等参数时间分辨精确诊断的重要基础。

3、然而，条纹相机与分幅相机均涉及光-电转换、光电子信号放大、电光-转换等复杂信号传输过程，难以对其响应特性进行线下标定。以条纹相机设备为例，它组成结构复杂，影响其工作状态下能谱响应的因素很多，比如阴极材料的光-电转换过程、像增强器的电信号放大过程、以及脉冲式动态工作电压下荧光屏的电-光转换过程，对这些过程能谱响应的线下标定要么在技术上比较困难，如像增强器的电信号放大过程，要么难以反映实际工况下的真实响应特性，如阴极上光电转换过程、脉冲式动态工作电压下荧光屏的电光转换过程等，难以进行x光能谱响应标定。此外，部分组件能谱响应复杂，比如条纹相机的阴极能谱响应，以csi阴极为例，与阴极材料本身的光电转换过程直接相关，此效应可以采取线下x光源对材料响应进行研究，给出标定数据，但一旦将阴极耦合到固定的设备中，还受阴极结构，比如角度、厚度、阴极材料的ch衬底厚度、到电au层厚度、工作状态下的潮解等因素影响，难以针对工作状态下、已耦合到设备中的阴极组件进行线下标定。

4、同样，分幅相机设备也复杂，通常采用的au阴极组成的mcp增益也与选通脉冲电压相关，难以进行线下x光能谱响应标定，光入射角度、au层厚度、镀膜深度、mcp孔径、mcp厚度等因素也均影响au阴极mcp的能谱曲线，难以针对工作状态下、已耦合到设备中的阴极组件进行线下标定。

5、因此，在实际应用中，传统的部分元件能谱响应标定方式并不能满足光谱定量测量需求，还需对条纹相机、分幅相机等复杂的、含光电转换过程的x光能谱测量记录设备进行整机能谱响应标定，以解决记录设备部分组件无法进行线下能谱响应标定和部分组件线下能谱响应标定难以反映真实工作状态下的响应情况的问题。此外，由于与阴极材料能谱响应的一些因素，比如潮解因子还与使用时间、工作环境状态等相关，从需求而言需要定期或使用前对记录设备标定，这对记录设备的整机标定便捷性同样有明确需求。

技术实现思路

1、针对以上现状，本发明提供一种x光时间分辨记录系统能谱响应标定方法，旨在解决记录设备中部分组成组件无法线下标定、以及线下标定数据无法准确反映在实际工况下能谱响应情况的技术问题。

2、为实现上述目的，本发明技术方案如下：

3、一种x光时间分辨记录系统能谱响应标定方法，其要点在于，包括以下步骤：

4、s1：利用脉冲激光辐照丝状靶端面，激光烧蚀产生小尺度、近轴对称x光光源；

5、s2：以所述丝状靶轴线，在空间内轴对称布置不同类别的晶体谱仪，晶体谱仪至少包括静态晶体谱仪、条纹晶体谱仪和门控晶体谱仪，其中，所述静态晶体谱仪的记录介质响应特性已知或者已精确标定，所述条纹晶体谱仪和门控晶体谱仪为记录设备响应特性待标定的时间分辨晶体谱仪；

6、s3：线下在同步辐射或实验室x光光源平台上对所述晶体谱仪使用的记录介质的能谱响应标定，获得标定曲线；

7、s4，获取条纹相机、分幅相机的能谱响应标定数据，具体标定方法及数据处理如下：

8、s4.1：来自相同时段、相同空间的光源信号i0(ν)、记录设备记录的光谱信号ir(ν)、诊断系统的整体能谱响应函数r(ν)三者满足关系式：

9、ir(ν)＝r(ν)·i0(ν)……(1)

10、

11、以上式(1)和(2)中，ν为对应能点的x光光子频率；t1为晶体谱仪前置滤片透过率；t2为后置滤片透过率；r为能量相关的晶体积分反射效率(rad)；为晶体衍射因子；为由光路几何关系决定的几何因子；q为记录设备的响应函数共同组成；

12、s4.2：静态晶体谱仪满足关系式ir(ν)＝r(ν)·i0(ν)，待标定记录设备对应晶体谱仪满足关系式ir(ν)′＝r(ν)′·i0(ν)，因此，具有关系式：

13、

14、根据公式(1)、(2)和(3)，待标定晶体谱仪的记录系统能谱响应函数q(ν)′关系式为：

15、

16、s4.3：由实验所测量获得的光谱数据可提供来自相同空间位置、记录相同时段的静态晶体谱仪测量光谱ir，cs(ν)和待标定晶体谱仪测量光谱ir，xsc-cs(ν)；

17、由现有线下标定完成的各个晶体谱仪所采用的记录介质的相同能点或能段的标定工作，可提供三类元件的能谱响应函数，记静态晶体谱仪的前置滤片透过率t1、后置滤片透过率t2、能量相关的晶体积分反射效率(rad)r，晶体衍射因子和ip或胶片记录介质的响应函数q，记待标定晶体谱仪的前置滤片透过率t1′、后置滤片透过率t2′、能量相关的晶体积分反射效率(rad)r′和晶体衍射因子

18、由晶体谱仪的光路几何关系可提供静态晶体谱仪的几何因子由待标定晶体谱仪的几何因子响应函数曲线；

19、获取以上参数后，待标定晶体谱仪的记录系统能谱响应q(ν)′即可利用关系式(4)求解而得。

20、优选的，在所述步骤s1中，根据所需标定能点、能段选择合适的丝状靶材料，或者在丝状靶端面掺杂混合镀膜。

21、优选的，在所述步骤s1中，丝状靶的端面面积小于等于激光焦斑面积。

22、优选的，在所述步骤s1中，脉冲激光由一束或多束脉冲激光叠加组成，脉冲激光功率密度范围为1014-1016w/cm2。

23、优选的，在所述步骤s2中，各个晶体谱仪位于平行于丝状靶端面的水平面上。

24、优选的，各个所述晶体谱仪与丝状靶端面夹角相等，该夹角不超过45°。

25、优选的，在所述步骤s2中，所述记录介质包括ip板、胶片或ccd相机。

26、优选的，在所述步骤s2中，条纹晶体谱仪由条纹相机与晶体谱仪组成；门控晶体谱仪由分幅相机与晶体谱仪组成。

27、本发明的有益效果是：

28、1、采用本发明提供的x光时间分辨记录系统能谱响应标定方法，能够以各晶体谱仪测量光谱数据以及晶体、滤片、ip、胶片或ccd等组件的线下标定数据为已知量，计算获取待标定晶体谱仪记录设备(条纹相机、分幅相机)的能谱响应标定数据，解决了传统技术中x光记录设备中部分组成组件难以线下标定的技术问题。

29、2、采用本发明提供的x光时间分辨记录系统能谱响应标定方法，通过计算求解，线下标定数据能够准确反映记录设备实际工况下的能谱响应情况。

30、3、采用本发明提供的x光时间分辨记录系统能谱响应标定方法，可以同时实现多台记录设备标定。

31、4、传统方法只对记录系统部分元件或元件材料进行线下标定，材料制备和元件工艺本身存在技术成熟度差异，对x光能谱响应影响较大，标定数据难以推广到整机使用，元件在整机中装配角度、电子系统电压等因素无法分解标定考虑，本发明提出的标定方法可以统一考虑此类问题。。